現(xiàn)代交流電機(jī)控制技術(shù)C2基于穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速控制技術(shù)課件

1、第二章基于穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速控制技術(shù)內(nèi)容概要基于穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型的異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)控制方式；電力電子變頻調(diào)速裝置及其電源特性；電壓源型轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)；電流型轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的異步電機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)；異步電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。本章講述：* 交流電動(dòng)機(jī)分為異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)兩大類，在交流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用過程中，為了滿足生產(chǎn)工藝的要求，人們發(fā)明了多種調(diào)速方法。*目前，電力拖動(dòng)交流調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域主要有下述三個(gè)方面：1）節(jié)能調(diào)速和要求一般的工藝調(diào)速。2）高性能交流調(diào)速系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。3）特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速。*

2、現(xiàn)代交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)類型及控制方式1.異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（1）轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)（2）轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng) 電壓-頻率協(xié)調(diào)控制方式； 轉(zhuǎn)差頻率控制方式； 矢量控制方式； 直接轉(zhuǎn)矩控制方式； 定子磁鏈軌跡控制方式。2.同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)* 本章介紹恒壓頻比控制的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)和轉(zhuǎn)差頻率控制的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，主要講述控制方式、機(jī)械特性、系統(tǒng)的基本組成，以及系統(tǒng)分析。*2-1基于異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)控制方式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式為* 由式上式可知，如果均勻地改變異步電動(dòng)機(jī)的定子供電頻率fs，就可以平滑地調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，不僅要求調(diào)節(jié)

3、轉(zhuǎn)速，同時(shí)還要求調(diào)速系統(tǒng)具有優(yōu)良的調(diào)速性能。 因此，在調(diào)速過程中不僅要改變定子供電頻率fs，而且還要保持（控制）磁通恒定。*2-1.1 電壓-頻率協(xié)調(diào)控制方式1.恒壓頻比（Us / fs = Const）控制方式及其機(jī)械特性（1）基頻以下Us / fs = Const的電壓、頻率協(xié)調(diào)控制方式 氣隙磁通在定子每相繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值Es(V)為：，寫成*該式表示了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值 與頻率 之比為常數(shù)的控制方式，通常稱為恒Es/fs控制?？梢钥闯?，在這種控制方式下，當(dāng) 由基頻降至低頻的變速過程中都能保持磁通 ，可以獲得 的控制效果。*異步電動(dòng)機(jī)的等值電路圖 穩(wěn)態(tài)情況下，依據(jù)上圖所示的異步電動(dòng)機(jī)等

4、值電路圖，則異步電動(dòng)機(jī)定子每相電壓與每相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系為：* 當(dāng)定子頻率 較高時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值 也較大，這時(shí)可以忽略定子繞組的阻抗壓降，可認(rèn)為定子相電壓有效值不變 ，為此在實(shí)際工程中是以 代替 ，而獲得電壓與頻率之比為常數(shù)的恒壓頻比控制方程式，即為：*恒壓頻比控制特性 由于恒壓頻比控制方式成立的前提條件是忽略了定子阻抗壓降，在 較低時(shí)，由式（2-4）可知，定子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 變小了，其中惟有 項(xiàng)并不減小，與 相比， 比重加大， 不再成立，也就是說 較低時(shí)定子阻抗壓降不能再忽略了。*（2） 控制方式的機(jī)械特性三相異步電動(dòng)機(jī)在工頻供電時(shí)的機(jī)械特性方程式為：*電網(wǎng)直接供電時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變

5、壓變頻時(shí)，以上特性方程式可以改為：* 以上兩組公式相比，二者只是形式的變化，并無實(shí)質(zhì)性的改變，可想而知，變壓變頻情況下的機(jī)械特性曲線形狀與正弦波恒壓恒頻供電時(shí)的機(jī)械特性曲線形狀必定相似。其基本特點(diǎn)如下：1）同步轉(zhuǎn)速 隨著頻率（ 或 ）的變化而改變。2）對(duì)于同一轉(zhuǎn)矩 而言，帶載時(shí)的轉(zhuǎn)速降落 隨著頻率的變化而基本不變。3）當(dāng) 時(shí) ， 隨著 的降低而減小（如下圖中實(shí)線所示），這將限制調(diào)速系統(tǒng)的帶載能力。*基頻以下機(jī)械特性 基頻以下的恒壓頻比控制方式基本滿足了氣隙磁通 的要求，可以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速運(yùn)行。*2.基頻以上恒壓變頻控制方式及其機(jī)械特性（1）基頻以上恒壓變頻控制方式* 把基頻以下和基頻以上兩種情

6、況結(jié)合起來，得到下圖所示的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制特性。異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制特性*（2）基頻以上恒壓變頻控制方式的機(jī)械特性最大轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可改寫為* 基頻 以上恒壓變頻調(diào)速的機(jī)械特性* 由于頻率提高而電壓不變，氣隙磁通勢(shì)必減少，導(dǎo)致最大轉(zhuǎn)矩的減小，但轉(zhuǎn)速卻提高了，可以認(rèn)為輸出功率基本不變，所以基頻以上變頻調(diào)速屬于弱磁恒功率調(diào)速方式。 需要指出，以上所分析的機(jī)械特性都是在正弦波供電下的理想情況，然而變壓變頻調(diào)速時(shí)對(duì)于電機(jī)定子為近似正弦波供電，因此其機(jī)械特性的形狀與理想情況下相比有一定的區(qū)別。*3.弱磁倍數(shù)*2-1.2轉(zhuǎn)差頻率控制方式*1.轉(zhuǎn)差頻率控制的基本思想異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩也可以寫成：可以看出

7、，氣隙磁通、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)子功率因數(shù)都影響電磁轉(zhuǎn)矩。* 根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的等值電路圖，可以求出異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流有效值： 正常運(yùn)行時(shí)，因 很小s，所以，可以將分母中 忽略，則得到：*進(jìn)而得到：*2.轉(zhuǎn)差頻率控制規(guī)律異步電動(dòng)機(jī)的電磁功率及同步機(jī)械角速度為：*則電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可表示為：*所以*2-2電力電子變頻調(diào)速裝置及其電源特性 現(xiàn)代交流電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)主要由交流電動(dòng)機(jī)、電力電子變頻器兩大部分組成。 為交流電動(dòng)機(jī)所配備的靜止式電力電子變壓變頻（Variable Voltage Variable Frequency, VVVF）調(diào)速裝置通常稱為變頻器（圖中框線部分），可分為主電路（也稱作電力電子

8、變換電路或稱作電力電子變流電路）、控制器，以及電量檢測(cè)器三個(gè)主要部分。*變頻器及變頻調(diào)速系統(tǒng)* 電力電子變換電路（主電路）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為兩種，一種是交-直-交（AC-DC-AC）結(jié)構(gòu)形式，也稱間接變頻，如下圖a所示；另一種是交-交(AC-AC)結(jié)構(gòu)形式，也稱直接變頻，如下圖b所示。a)交直交變壓變頻裝置主電路結(jié)構(gòu) b)交交變壓變頻裝置主電路結(jié)構(gòu)* 對(duì)于主電路為交-直-交結(jié)構(gòu)形式的變頻器，因其整流電路輸出的直流電壓或直流電流中含有頻率為電源頻率6倍的電壓或電流紋波，所以，必須對(duì)整流電路的輸出進(jìn)行濾波，以減少直流電壓或電流的波動(dòng)，為此在整流電路與逆變電路之間設(shè)置中間直流濾波環(huán)節(jié)。* 根據(jù)帶有中間直

9、流環(huán)節(jié)的直流電源性質(zhì)不同，交-直-交型變頻器可以分為電壓源型和電流源型兩類。兩種類型的實(shí)際區(qū)別在于主電路中間直流環(huán)節(jié)所采用的濾波器不同。交-直-交型變頻器中的整流電路和逆變電路一般接成兩電平三相橋式電路。* 近幾年來為適應(yīng)中壓變頻器的發(fā)展需要，交-直-交型電壓源型變頻器中的整流電路和逆變電路接成了多電平電路和級(jí)聯(lián)式單元串聯(lián)式電路；交-直-交電流源型變頻器中的整流器和逆變器多接成為多重化的形式。 對(duì)于交-交結(jié)構(gòu)形式的變頻器雖然沒有中間直流環(huán)節(jié)，但是，根據(jù)供電電源的性質(zhì)不同也可以分為電壓源型和電流源型兩種類型。*1.電壓源型變頻器 交-直-交電壓源型變頻器的主電路結(jié)構(gòu)如下圖所示。這類變頻器主電路中

10、的中間直流環(huán)節(jié)是采用大電容濾波，可以使直流電壓波形比較平直，對(duì)于負(fù)載來說，是一個(gè)內(nèi)阻抗為零的恒壓源，所以，把這類變頻器稱作電壓源型變頻器。對(duì)于交-交變頻裝置雖然沒有濾波電容器，但供電電源的低阻抗使其具有電壓源的性質(zhì)，也屬于電壓源型變頻器。*a) 電壓源型變頻器主電路及PWM控制 b) 電壓源型變頻器主電路(UCR為相控方式) c) 雙PWM電壓源型變頻器主電路a)所示的交-直-交電壓源型PWM(SPWM或SVPWM)變頻器主電路，其整流側(cè)采用二極管組成的不可控整流器；其逆變側(cè)采用自關(guān)斷器件（IGBT、IGCT或IEGT等）組成的PWM逆變器。*b)所示的交-直-交電壓源型PWM變頻器主電路，其

11、整流器采用了相控方式，優(yōu)點(diǎn)是輸出直流電壓可以控制，缺點(diǎn)是增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。c)所示的交-直-交電壓源型PWM變頻器主電路，其整流器采用了PWM控制方式，稱為PWM整流器，這種具有PWM整流器、PWM逆變器的電力電子變頻調(diào)速裝置稱作雙PWM變頻器。*電壓源型變頻器的特性如下：（1）無功能量的緩沖 對(duì)于變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)來說，變頻器的負(fù)載是異步電動(dòng)機(jī)，屬感性負(fù)載，在中間直流環(huán)節(jié)與電動(dòng)機(jī)之間，除了有功功率的傳送外，還存在無功功率的交換。由于逆變器中的電力電子開關(guān)器件不能儲(chǔ)能，所以無功能量只能靠直流環(huán)節(jié)中作為濾波器的儲(chǔ)能元件來緩沖，使它不致于影響到交流電網(wǎng)。電壓源型變頻器的儲(chǔ)能元件為大電容濾波器，用它

12、來作為無功能量的緩沖。*（2）回饋制動(dòng) 電壓源型變頻器的調(diào)速系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)和四象限運(yùn)行是比較困難的，因?yàn)槠渲虚g直流環(huán)節(jié)有大電容鉗制著電壓的極性，使其無法反向，因而電流也不能反向，所以無法實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。需要制動(dòng)時(shí)，對(duì)于小容量的變頻器，采用在直流環(huán)節(jié)中并聯(lián)電阻的能耗制動(dòng)。 *能耗制動(dòng)* 對(duì)于中、大容量的變頻器，可在整流器的輸出端反并聯(lián)另外一組有源逆變器，制動(dòng)時(shí)使其工作在有源逆變狀態(tài)，以通過反向的制動(dòng)電流，實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)?；仞佒苿?dòng)*2.電流源型變頻器 交-直-交電流源型變頻器的主電路結(jié)構(gòu)下圖所示。這類變頻器主電路中的中間直流環(huán)節(jié)采用大電感濾波，可以使直流電流波形比較平直，因而電源內(nèi)阻抗很大，對(duì)負(fù)載

13、來說基本上是一個(gè)恒流源，所以，把這類變頻器稱作電流源型變頻器。有的交-交變頻器的主電路中串入電抗器，使其具有電流源的性質(zhì)，因此，這類交交變頻器屬于電流源型變頻器。*電流源型變頻器的主電路結(jié)構(gòu) 如上所示的交-直-交電流源型變頻器的逆變電路也采用PWM控制方式，這對(duì)改善低頻時(shí)的電流波形（使其接近于正弦波）有明顯效果。*電流源型變頻器的特性：1）無功能量的緩沖 電流源型變頻器的儲(chǔ)能元件為大電感濾波器，用它來作為無功能量緩沖。2）回饋制動(dòng) 電流源型變頻器的顯著特點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。* 當(dāng)可控整流器UCR工作在整流狀態(tài)（，電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)。電流源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的兩種運(yùn)行狀態(tài) a)電動(dòng)運(yùn)行； b)

14、回饋制動(dòng) 當(dāng)電動(dòng)機(jī)減速制動(dòng)時(shí)s ，可控整流器的控制角大于90，異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)，直流回路電壓Ud立即反向，但電流Id方向不變（見上圖b)），于是，逆變器變成整流器，可控整流器UCR轉(zhuǎn)入有源逆變狀態(tài)，電能由電動(dòng)機(jī)回饋到交流電網(wǎng)。 由此可見，雖然電力電子器件具有單向?qū)щ娦?，電流Id不能反向，但是可控整流器的輸出電壓Ud是可以迅速反向的，因此，具有電流源型變頻器的調(diào)速系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)。*3.電壓源型變頻器和電流源型變頻器的比較 電壓源型變頻器屬于恒壓源，對(duì)于具有可控整流器的電壓源型變頻器，其電壓控制的響應(yīng)較慢，所以適合作為多臺(tái)電動(dòng)機(jī)同步運(yùn)行時(shí)的變頻電源。 對(duì)于電流源型變頻器來說，由于電流源

15、型變頻器屬于恒流源，系統(tǒng)對(duì)負(fù)載電流變化的反應(yīng)遲緩，因而適用于單臺(tái)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，可以滿足快速起、制動(dòng)和可逆運(yùn)行的要求。* 電流源型變頻器本身具有四象限運(yùn)行能力而不需要任何額外的電力電子器件；然而，一個(gè)電壓源型變頻器在電網(wǎng)側(cè)必須附加一個(gè)有源逆變器。 由于交-直-交電流源型變頻器調(diào)速系統(tǒng)的直流電壓極性可以迅速改變，因此動(dòng)態(tài)響應(yīng)比電壓源型調(diào)速系統(tǒng)快。 電流源型變頻器需要連接一個(gè)最小負(fù)載才能正常運(yùn)行。這種缺陷限制了它在很多領(lǐng)域中的應(yīng)用。反之，電壓源型變頻器很容易在空載情況下運(yùn)行。* 應(yīng)用實(shí)踐表明，從總的成本、效率和暫態(tài)響應(yīng)上來看，電壓源型PWM變頻器更具有優(yōu)勢(shì)。目前工業(yè)生產(chǎn)中普遍應(yīng)用的變頻器是交-直-交電

16、壓源型PWM(SPWM或SVPWM)變頻器。其中整流器采用二極管組成的電壓源型變頻器應(yīng)用最多、最廣泛。* 由于電壓源型變頻器在多種場(chǎng)合下均可采用，通用性比較好，目前，電壓等級(jí)在690V以下的中小容量電壓源型變頻器稱為通用變頻器。20世紀(jì)90年代末以來，變頻器制造廠家對(duì)這類變頻器增添了矢量控制功能，使恒壓頻比控制方式和矢量控制方式以軟件形式集成于裝置中，成為功能更多更強(qiáng)的變頻器，用戶可根據(jù)生產(chǎn)工藝要求通過設(shè)置選擇控制方式。*2-3 電壓源型轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 電壓源型變頻調(diào)速系統(tǒng)由于采用了PWM控制技術(shù)，可以使其輸出電壓波形接近正弦波形。逆變器輸出的電流波形由輸出電

17、壓和電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)之差形成，也接近正弦波。下面以一個(gè)來源于實(shí)際的電壓源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)為例來說明這類系統(tǒng)的基本組成及各控制單元的作用。*1.系統(tǒng)的組成及工作簡(jiǎn)況分析 一種電壓源型轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)如下圖所示，其主電路由兩個(gè)功率變換環(huán)節(jié)組成，即整流橋和逆變橋，整流橋是由二極管組成的三相橋式電路，其直流輸出電壓為Ud=2.34UX（為電網(wǎng)的X相相電壓有效值）。調(diào)壓和調(diào)頻控制通過逆變器來完成，其給定值來自于同一個(gè)給定環(huán)節(jié)。*電壓源型轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)* 該系統(tǒng)采用電壓正弦PWM（SPWM）控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)變壓變頻控制，通過改變PWM波形的占空比

18、（脈沖寬度）來控制逆變器輸出交流電壓的大小，而輸出頻率通過控制逆變橋的工作周期就可以實(shí)現(xiàn)。由前述可知，為了使異步電動(dòng)機(jī)能合理、正常、穩(wěn)定工作，必須使逆變器輸出到異步電動(dòng)機(jī)定子的電壓Us與頻率fs通過SPWM控制來保持嚴(yán)格的比例協(xié)調(diào)關(guān)系。*2.控制單元說明（1）轉(zhuǎn)速給定積分環(huán)節(jié)（GI） 設(shè)置目的：將階躍給定信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樾逼滦盘?hào)，以消除階躍給定對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的過大沖擊，使系統(tǒng)中的電壓、電流、頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速都能穩(wěn)步上升或下降，以提高系統(tǒng)的可靠性及滿足一些生產(chǎn)機(jī)械的工藝要求。*（2）絕對(duì)值器(GAB) 設(shè)置目的：將送來的正負(fù)變化的信號(hào)變?yōu)閱我粯O性的信號(hào)，信號(hào)值大小不變。（3）函數(shù)發(fā)生器（U/f特性） 設(shè)置目

19、的：實(shí)現(xiàn)Us / fs=C的控制方式。前面討論過，在變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)中，Us = f (fs)，即電機(jī)定子電壓是定子頻率的函數(shù)。函數(shù)發(fā)生器就是根據(jù)給定頻率信號(hào)fsg產(chǎn)生一個(gè)對(duì)應(yīng)于定子電壓的給定信號(hào)Usg，以實(shí)現(xiàn)電壓、頻率的協(xié)調(diào)控制。*變頻器中以下幾項(xiàng)內(nèi)容與函數(shù)發(fā)生器有關(guān)：1）按照不同負(fù)載要求設(shè)定不同的Us / fs=C特性曲線。2）當(dāng)變頻器高于基頻工作時(shí)，采用恒功率調(diào)速方式，這就要求變頻器輸出電壓不能高于電機(jī)的額定輸入電壓，可通過函數(shù)發(fā)生器的輸出限幅來保證。3）節(jié)能控制：電動(dòng)機(jī)處于輕載工作時(shí)，適當(dāng)降低電壓，可以使輸出電流下降，減小損耗，可通過改變Us / fs=C曲線的斜率來實(shí)現(xiàn)。*（5）I*

20、R補(bǔ)償環(huán)節(jié) 在低頻時(shí)，為了保證磁通恒定，變頻器引入了I*R補(bǔ)償環(huán)節(jié)，根據(jù)負(fù)載性質(zhì)及負(fù)載電流值適當(dāng)提高Usg，修正Us / fs=C特性曲線，達(dá)到使Us / fs=C。（6）轉(zhuǎn)差補(bǔ)償環(huán)節(jié) 由于是開環(huán)頻率控制，調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性較軟，為了提高機(jī)械特性硬度，在系統(tǒng)中設(shè)置了轉(zhuǎn)差補(bǔ)償環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)差補(bǔ)償機(jī)理可以按下圖來解釋。*轉(zhuǎn)差補(bǔ)償圖解 當(dāng)負(fù)載由TL1增大到TL2時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速由n1降到n2，轉(zhuǎn)差由n1增加到n2，其差值為n2n1=n。按n值相應(yīng)提高同步轉(zhuǎn)速ns（由ns1提高到ns2），使其機(jī)械特性曲線ns1平行上移得到機(jī)械特性曲線ns2，與n1（直線）相交于A2點(diǎn)，從而使n1保持不變，達(dá)到補(bǔ)償轉(zhuǎn)差的目的，這

21、樣在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，也能做到維持轉(zhuǎn)速基本不變。*（7）Ud校正環(huán)節(jié) 觀察電壓源型轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)可知，變頻器沒有輸出電壓反饋控制，當(dāng)直流電壓Ud發(fā)生波動(dòng)時(shí)，將引起Us / fs=C關(guān)系失調(diào)。檢測(cè)Ud變化，在Ud校正環(huán)節(jié)中，根據(jù)Ud的變化來修正電壓控制信號(hào)Usg*，再通過SPWM調(diào)整輸出電壓脈沖的寬度，以保證Us / fs=C的協(xié)調(diào)關(guān)系。*（8）SPWM生成SPWM生成環(huán)節(jié)及光耦驅(qū)動(dòng)電路框圖*（9）極性鑒別器(DPI) 當(dāng)DPI輸入端得到一個(gè)信號(hào)，經(jīng)極性鑒別器判斷信號(hào)的極性，根據(jù)信號(hào)的極性決定逆變橋開關(guān)器件的導(dǎo)通順序，從而使電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。*（10）主

22、電路 交-直-交電壓源型IGBT功率變換器電路如下圖所示。圖中，整流橋UR是由二極管組成的三相橋式不控整流電路，逆變橋UI是由IGBT（或IGCT、IEGT）組成的三相橋式電路。*電壓源型IGBT-SPWM交-直-交變頻器主電路*（11）電流實(shí)際值檢測(cè) 電流實(shí)際值檢測(cè)主要用于輸出電壓的修正和過流、過載保護(hù)。 通過檢測(cè)變頻器輸出電流，進(jìn)行過流、過載計(jì)算，當(dāng)判斷為過流、過載后，發(fā)出觸發(fā)脈沖封鎖信號(hào)封鎖觸發(fā)器，停止變頻器運(yùn)行，確保變頻器和電動(dòng)機(jī)的安全。*2-4 電流源型轉(zhuǎn)速開環(huán)恒壓頻比控制的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)電流源型轉(zhuǎn)速開環(huán)的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 上圖表示出了一個(gè)典型的電流源型轉(zhuǎn)速開環(huán)

23、恒壓頻比控制的異步電動(dòng)機(jī)變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)。由圖可知，變頻器有兩個(gè)功率變換環(huán)節(jié)，即整流橋與逆變橋，它們分別有相應(yīng)的控制回路，為了操作方便，采用一個(gè)給定來控制，并通過函數(shù)發(fā)生器，使兩個(gè)回路協(xié)調(diào)地工作。* 在電流源型變頻器轉(zhuǎn)速開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，除了設(shè)置電流調(diào)節(jié)環(huán)外，仍需設(shè)置電壓閉環(huán)，以保證調(diào)壓調(diào)頻過程中對(duì)逆變器輸出電壓的穩(wěn)定性要求，實(shí)現(xiàn)恒壓頻比的控制方式。*（1）電流源型變頻器主回路 電流源型變頻器主電路由兩個(gè)功率變換環(huán)節(jié)構(gòu)成，即三相橋式整流器和逆變器，中間環(huán)節(jié)采用電抗器濾波。整流器和逆變器分別有相應(yīng)的控制回路，即電壓控制回路及頻率控制回路，分別進(jìn)行調(diào)壓與調(diào)頻控制。*（2）給定積分 設(shè)置目的：將階躍給

24、定信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)樾逼滦盘?hào)，以消除階躍給定對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的過大沖擊，使系統(tǒng)中的電壓、電流、頻率和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速都能穩(wěn)步上升和下降，以提高系統(tǒng)的可靠性及滿足一些生產(chǎn)機(jī)械的要求。*（4）電壓調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器 電壓調(diào)節(jié)器采用PID調(diào)節(jié)器，其輸出作為電流調(diào)節(jié)器的給定值。 電流調(diào)節(jié)器也是采用PID調(diào)節(jié)器，根據(jù)電壓調(diào)節(jié)器輸出的電流給定值與實(shí)際電流信號(hào)值的偏差，實(shí)時(shí)調(diào)整觸發(fā)角，使實(shí)際電流跟隨給定電流。* 需要指出的是，由于電流源輸出的交流電流是矩形波或階梯波，因而波形中含大量諧波分量，由此帶來了電動(dòng)機(jī)內(nèi)部損耗增大和轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)影響等問題。* 近幾年來，為提高電流源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能，對(duì)電流型逆變器的每一相輸出電流也采用SPWM控制，以改善輸出電流波形。還需要指出的是，實(shí)際應(yīng)用中，電流源型變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)多用轉(zhuǎn)差頻率控制方式。*2-5 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)轉(zhuǎn)差頻率控制的變壓變頻調(diào)速系統(tǒng) 由前述可知，轉(zhuǎn)差頻率控制方式就